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程序优化

程序优化 

由于单片机的性能同电脑的性能是天渊之别的,无论从空间资源上、内存资源、工作频率,都是无法 

与之比较的。

PC机编程基本上不用考虑空间的占用、内存的占用的问题,最终目的就是实现功能就可以了。

 

对于单片机来说就截然不同了,一般的单片机的Flash和Ram的资源是以KB来衡量的,可想而知,单片 

机的资源是少得可怜,为此我们必须想法设法榨尽其所有资源,将它的性能发挥到最佳,程序设计时必须 

遵循以下几点进行优化:

 

1.使用尽量小的数据类型 

能够使用字符型(char)定义的变量,就不要使用整型(int)变量来定义;能够使用整型变量定义的变 

量就不要用长整型(longint),能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。

当然,在定义变 

量后不要超过变量的作用范围,如果超过变量的范围赋值,C编译器并不报错,但程序运行结果却错了, 

而且这样的错误很难发现。

 

2.使用自加、自减指令 

通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式(如a-=1及a+=1等)都能够生成高质量的 

程序代码,编译器通常都能够生成inc和dec之类的指令,而使用a=a+1或a=a-1之类 

的指令,有很多C编译器都会生成二到三个字节的指令。

 

3.减少运算的强度 

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。

 

(1)求余运算 

N=N%8可以改为N=N&7 

说明:

位操作只需一个指令周期即可完成,而大部分的C编译器的“%”运算均是调用子程序来

完成,代码长、执行速度慢。

通常,只要求是求2n方的余数,均可使用位操作的方法来代替。

 

(2)平方运算 

N=Pow(3,2)可以改为N=3*3 

说明:

在有内置硬件乘法器的单片机中(如51系列),乘法运算比求平方运算快得多,因为浮点数 

的求平方是通过调用子程序来实现的,乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短,执行速度快。

 

(3)用位移代替乘法除法 

N=M*8可以改为N=M<<3 

N=M/8可以改为N=M>>3 

说明:

通常如果需要乘以或除以2n,都可以用移位的方法代替。

如果乘以2n,都可以生成左移 

的代码,而乘以其它的整数或除以任何数,均调用乘除法子程序。

用移位的方法得到代码比调用乘除法子 

程序生成的代码效率高。

实际上,只要是乘以或除以一个整数,均可以用移位的方法得到结果。

如N=M*9 

可以改为N=(M<<3)+M; 

(4)自加自减的区别 

例如我们平时使用的延时函数都是通过采用自加的方式来实现。

 

voidDelayNms(UINT16t) 

UINT16i,j; 

for(i=0;i

for(j=0;i<1000;j++) 

可以改为 

voidDelayNms(UINT16t) 

UINT16i,j; 

for(i=t;i>=0;i--) 

for(j=1000;i>=0;j--) 

说明:

两个函数的延时效果相似,但几乎所有的C编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3 

个字节,因为几乎所有的MCU均有为0转移的指令,采用后一种方式能够生成这类指令。

 

4.while与do...while的区别 

voidDelayNus(UINT16t) 

while(t--) 

NOP(); 

可以改为 

voidDelayNus(UINT16t) 

do 

NOP(); 

}while(--t) 

说明:

使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。

 

5.register关键字 

voidUARTPrintfString(INT8*str) 

while(*str&&str) 

UARTSendByte(*str++) 

可以改为 

voidUARTPrintfString(INT8*str) 

registerINT8*pstr=str; 

while(*pstr&&pstr) 

UARTSendByte(*pstr++) 

说明:

在声明局部变量的时候可以使用register关键字。

这就使得编译器把变量放入一个多用途的寄存 

器中,而不是在堆栈中,合理使用这种方法可以提高执行速度。

函数调用越是频繁,越是可能提高代码的 

速度,注意register关键字只是建议编译器而已。

 

6.volatile关键字 

volatile总是与优化有关,编译器有一种技术叫做数据流分析,分析程序中的变量在哪里赋值、在 

哪里使用、在哪里失效,分析结果可以用于常量合并,常量传播等优化,进一步可以死代码消除。

一般来 

说,volatile关键字只用在以下三种情况:

 

a)中断服务函数中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile

b)多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile 

c)存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义

总之,volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素 

更改,比如:

操作系统、硬件或者其它线程等。

遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码 

就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

 

7.以空间换时间 

在数据校验实战当中,CRC16循环冗余校验其实还有一种方法是查表法,通过查表可以更加快获得 

校验值,效率更高,当校验数据量大的时候,使用查表法优势更加明显,不过唯一的缺点是占用大量的空 

间。

 

//查表法:

 

codeUINT16szCRC16Tbl[256]={ 

0x0000,0x1021,0x2042,0x3063,0x4084,0x50a5,0x60c6,0x70e7, 

0x8108,0x9129,0xa14a,0xb16b,0xc18c,0xd1ad,0xe1ce,0xf1ef, 

0x1231,0x0210,0x3273,0x2252,0x52b5,0x4294,0x72f7,0x62d6, 

0x9339,0x8318,0xb37b,0xa35a,0xd3bd,0xc39c,0xf3ff,0xe3de, 

0x2462,0x3443,0x0420,0x1401,0x64e6,0x74c7,0x44a4,0x5485, 

0xa56a,0xb54b,0x8528,0x9509,0xe5ee,0xf5cf,0xc5ac,0xd58d, 

0x3653,0x2672,0x1611,0x0630,0x76d7,0x66f6,0x5695,0x46b4, 

0xb75b,0xa77a,0x9719,0x8738,0xf7df,0xe7fe,0xd79d,0xc7bc, 

0x48c4,0x58e5,0x6886,0x78a7,0x0840,0x1861,0x2802,0x3823, 

0xc9cc,0xd9ed,0xe98e,0xf9af,0x8948,0x9969,0xa90a,0xb92b, 

0x5af5,0x4ad4,0x7ab7,0x6a96,0x1a71,0x0a50,0x3a33,0x2a12, 

0xdbfd,0xcbdc,0xfbbf,0xeb9e,0x9b79,0x8b58,0xbb3b,0xab1a, 

0x6ca6,0x7c87,0x4ce4,0x5cc5,0x2c22,0x3c03,0x0c60,0x1c41, 

0xedae,0xfd8f,0xcdec,0xddcd,0xad2a,0xbd0b,0x8d68,0x9d49, 

0x7e97,0x6eb6,0x5ed5,0x4ef4,0x3e13,0x2e32,0x1e51,0x0e70, 

0xff9f,0xefbe,0xdfdd,0xcffc,0xbf1b,0xaf3a,0x9f59,0x8f78, 

0x9188,0x81a9,0xb1ca,0xa1eb,0xd10c,0xc12d,0xf14e,0xe16f, 

0x1080,0x00a1,0x30c2,0x20e3,0x5004,0x4025,0x7046,0x6067, 

0x83b9,0x9398,0xa3fb,0xb3da,0xc33d,0xd31c,0xe37f,0xf35e, 

0x02b1,0x1290,0x22f3,0x32d2,0x4235,0x5214,0x6277,0x7256, 

0xb5ea,0xa5cb,0x95a8,0x8589,0xf56e,0xe54f,0xd52c,0xc50d, 

0x34e2,0x24c3,0x14a0,0x0481,0x7466,0x6447,0x5424,0x4405, 

0xa7db,0xb7fa,0x8799,0x97b8,0xe75f,0xf77e,0xc71d,0xd73c, 

0x26d3,0x36f2,0x0691,0x16b0,0x6657,0x7676,0x4615,0x5634, 

0xd94c,0xc96d,0xf90e,0xe92f,0x99c8,0x89e9,0xb98a,0xa9ab, 

0x5844,0x4865,0x7806,0x6827,0x18c0,0x08e1,0x3882,0x28a3, 

0xcb7d,0xdb5c,0xeb3f,0xfb1e,0x8bf9,0x9bd8,0xabbb,0xbb9a, 

0x4a75,0x5a54,0x6a37,0x7a16,0x0af1,0x1ad0,0x2ab3,0x3a92, 

0xfd2e,0xed0f,0xdd6c,0xcd4d,0xbdaa,0xad8b,0x9de8,0x8dc9, 

0x7c26,0x6c07,0x5c64,0x4c45,0x3ca2,0x2c83,0x1ce0,0x0cc1, 

0xef1f,0xff3e,0xcf5d,0xdf7c,0xaf9b,0xbfba,0x8fd9,0x9ff8, 

0x6e17,0x7e36,0x4e55,0x5e74,0x2e93,0x3eb2,0x0ed1,0x1ef0 

}; 

UINT16CRC16CheckFromTbl(UINT8*buf,UINT8len) 

UINT16i; 

UINT16uncrcReg=0,uncrcConst=0xffff; 

for(i=0;i

uncrcReg=(uncrcReg<<8)^szCRC16Tbl[(((uncrcConst^uncrcReg)>>8) 

^*buf++)&0xFF]; 

uncrcConst<<=8; 

returnuncrcReg; 

如果系统要求实时性比较强,在CRC16循环冗余校验当中,推荐使用查表法,以空间换时间。

 

8.宏函数取代函数 

首先不推荐所有函数改为宏函数,以免出现不必要的错误。

但是一些基本功能的函数很有必要使用宏 

函数来代替。

 

UINT8Max(UINT8A,UINT8B) 

return(A>B?

A:

B) 

可以改为 

#defineMAX(A,B){(A)>(B)?

(A):

(B)} 

说明:

函数和宏函数的区别就在于,宏函数占用了大量的空间,而函数占用了时间。

大家要知道的是,函 

数调用是要使用系统的栈来保存数据的,如果编译器里有栈检查选项,一般在函数的头会嵌入一些汇编语 

句对当前栈进行检查;同时,cpu也要在函数调用时保存和恢复当前的现场,进行压栈和弹栈操作,所以, 

函数调用需要一些cpu时间。

而宏函数不存在这个问题。

宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序, 

不会产生函数调用,所以仅仅是占用了空间,在频繁调用同一个宏函数的时候,该现象尤其突出。

 

9.适当地使用算法 

假如有一道算术题,求1~100的和。

 

作为程序员的我们会毫不犹豫地点击键盘写出以下的计算方法:

 

UINT16Sum(void) 

UINT8i,s; 

for(i=1;i<=100;i++) 

s+=i; 

returns; 

很明显大家都会想到这种方法,但是效率方面并不如意,我们需要动脑筋,就是采用数学算法解决问题, 

使计算效率提升一个级别。

 

UINT16Sum(void) 

UINT16s; 

s=(100*(100+1))>>1; 

returns; 

结果很明显,同样的结果不同的计算方法,运行效率会有大大不同,所以我们需要最大限度地通过数 

学的方法提高程序的执行效率。

 

10.用指针代替数组 

在许多种情况下,可以用指针运算代替数组索引,这样做常常能产生又快又短的代码。

与数组索引相 

比,指针一般能使代码速度更快,占用空间更少。

使用多维数组时差异更明显。

下面的代码作用是相同的, 

但是效率不一样。

 

UINT8szArrayA[64]; 

UINT8szArrayB[64]; 

UINT8i; 

UINT8*p=szArray; 

for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=szArrayA[i]; 

for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=*p++; 

指针方法的优点是,szArrayA的地址装入指针p后,在每次循环中只需对p增量操作。

在数组索引 

方法中,每次循环中都必须进行基于i值求数组下标的复杂运算。

 

11.强制转换 

C语言精髓第一精髓就是指针的使用,第二精髓就是强制转换的使用,恰当地利用指针和强制转换不但 

可以提供程序效率,而且使程序更加之简洁,由于强制转换在C语言编程中占有重要的地位,下面将已五 

个比较典型的例子作为讲解。

 

例子1:

将带符号字节整型转换为无符号字节整型 

UINT8a=0; 

INT8b=-3; 

a=(UINT8)b; 

例子2:

在大端模式下(8051系列单片机是大端模式),将数组a[2]转化为无符号16位整型值。

 

方法1:

采用位移方法。

 

UINT8a[2]={0x12,0x34}; 

UINT16b=0; 

b=(a[0]<<8)|a[1]; 

结果:

b=0x1234 

方法2:

强制类型转换。

 

UINT8a[2]={0x12,0x34}; 

UINT16b=0; 

b=*(UINT16*)a;//强制转换 

结果:

b=0x1234 

例子3:

保存结构体数据内容。

 

方法1:

逐个保存。

 

typedefstruct_ST 

UINT8a; 

UINT8b; 

UINT8c; 

UINT8d; 

UINT8e; 

}ST; 

STs; 

UINT8a[5]={0}; 

s.a=1; 

s.b=2; 

s.c=3; 

s.d=4; 

s.e=5; 

a[0]=s.a; 

a[1]=s.b; 

a[2]=s.c; 

a[3]=s.d; 

a[4]=s.e; 

结果:

数组a存储的内容是1、2、3、4、5。

 

方法2:

强制类型转换。

 

typedefstruct_ST 

UINT8a; 

UINT8b; 

UINT8c; 

UINT8d; 

UINT8e; 

}ST; 

STs; 

UINT8a[5]={0}; 

UINT8*p=(UINT8*)&s;//强制转换 

UINT8i=0; 

s.a=1; 

s.b=2; 

s.c=3; 

s.d=4; 

s.e=5; 

for(i=0;i

a[i]=*p++; 

结果:

数组a存储的内容是1、2、3、4、5。

 

例子4:

在大端模式下(8051系列单片机是大端模式)将含有位域的结构体赋给无符号字节整型值 

方法1:

逐位赋值。

 

typedefstruct__BYTE2BITS 

UINT8_bit7:

1; 

UINT8_bit6:

1; 

UINT8_bit5:

1; 

UINT8_bit4:

1; 

UINT8_bit3:

1; 

UINT8_bit2:

1; 

UINT8_bit1:

1; 

UINT8_bit0:

1; 

}BYTE2BITS; 

BYTE2BITSByte2Bits; 

Byte2Bits._bit7=0; 

Byte2Bits._bit6=0; 

Byte2Bits._bit5=1; 

Byte2Bits._bit4=1; 

Byte2Bits._bit3=1; 

Byte2Bits._bit2=1; 

Byte2Bits._bit1=0; 

Byte2Bits._bit0=0; 

UINT8a=0; 

a|=Byte2Bits._bit7<<7; 

a|=Byte2Bits._bit6<<6; 

a|=Byte2Bits._bit5<<5; 

a|=Byte2Bits._bit4<<4; 

a|=Byte2Bits._bit3<<3; 

a|=Byte2Bits._bit2<<2; 

a|=Byte2Bits._bit1<<1; 

a|=Byte2Bits._bit0<<0; 

结果:

a=0x3C 

方法2:

强制转换。

 

typedefstruct__BYTE2BITS 

UINT8_bit7:

1; 

UINT8_bit6:

1; 

UINT8_bit5:

1; 

UINT8_bit4:

1; 

UINT8_bit3:

1; 

UINT8_bit2:

1; 

UINT8_bit1:

1; 

UINT8_bit0:

1; 

}BYTE2BITS; 

BYTE2BITSByte2Bits; 

Byte2Bits._bit7=0; 

Byte2Bits._bit6=0; 

Byte2Bits._bit5=1; 

Byte2Bits._bit4=1; 

Byte2Bits._bit3=1; 

Byte2Bits._bit2=1; 

Byte2Bits._bit1=0; 

Byte2Bits._bit0=0; 

UINT8a=0; 

a=*(UINT8*)&Byte2Bits 

结果:

a=0x3C 

例子5:

在大端模式下(8051系列单片机是大端模式)将无符号字节整型值赋给含有位域的结构体。

 

方法1:

逐位赋值。

 

typedefstruct__BYTE2BITS 

UINT8_bit7:

1; 

UINT8_bit6:

1; 

UINT8_bit5:

1; 

UINT8_bit4:

1; 

UINT8_bit3:

1; 

UINT8_bit2:

1; 

UINT8_bit1:

1; 

UINT8_bit0:

1; 

}BYTE2BITS; 

BYTE2BITSByte2Bits; 

UINT8a=0x3C; 

Byte2Bits._bit7=a&0x80; 

Byte2Bits._bit6=a&0x40; 

Byte2Bits._bit5=a&0x20; 

Byte2Bits._bit4=a&0x10; 

Byte2Bits._bit3=a&0x08; 

Byte2Bits._bit2=a&0x04; 

Byte2Bits._bit1=a&0x02; 

Byte2Bits._bit0=a&0x01; 

方法2:

强制转换。

 

typedefstruct__BYTE2BITS 

UINT8_bit7:

1; 

UINT8_bit6:

1; 

UINT8_bit5:

1; 

UINT8_bit4:

1; 

UINT8_bit3:

1; 

UINT8_bit2:

1; 

UINT8_bit1:

1; 

UINT8_bit0:

1; 

}BYTE2BITS; 

BYTE2BITSByte2Bits; 

UINT8a=0x3C; 

Byte2Bits=*(BYTE2BITS*)&a; 

12.减少函数调用参数 

使用全局变量比函数传递参数更加有效率。

这样做去除了函数调用参数入栈和函数完成后参数出栈所 

需要的时间。

然而决定使用全局变量会影响程序的模块化和重入,故要慎重使用。

 

13.switch语句中根据发生频率来进行case排序 

switch语句是一个普通的编程技术,编译器会产生if-else-if的嵌套代码,并按照顺序进行比较, 

发现匹配时,就跳转到满足条件的语句执行。

使用时需要注意。

每一个由机器语言实现的测试和跳转仅仅 

是为了决定下一步要做什么,就把宝贵的处理器时间耗尽。

为了提高速度,没法把具体的情况按照它们发 

生的相对频率排序。

换句话说,把最可能发生的情况放在第一位,最不可能的情况放在最后。

 

14.将大的switch语句转为嵌套switch语句 

当switch语句中的case标号很多时,为了减少比较的次数,明智的做法是把大switch语句转为嵌 

套switch语句。

把发生频率高的case标号放在一个switch语句中,并且是嵌套switch语句的最外 

层,发生相对频率相对低的case标号放在另一个switch语句中。

比如,下面的程序段把相对发生频率 

低的情况放在缺省的case标号内。

 

UINT8ucCurTask=1; 

voidTask1(void); 

voidTask2(void); 

voidTask3(void); 

voidTask4(void); 

…………… 

voidTask16(void); 

switch(ucCurTask) 

case1:

Task1();break; 

case2:

Task2();break; 

case3:

Task3();break; 

case4:

Task4();break; 

……………………… 

case16:

Task16();break; 

default:

break; 

可以改为 

UINT8ucCurTask=1; 

voidTask1(void); 

voidTask2(void); 

voidTask3(void); 

voidTask4(void); 

…………… 

voidTask16(void);

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